电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末试卷附答案共6套.doc
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电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末试卷附答案共6套.doc
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第1页(共4页)
成
绩
流调节器ACR的输出Uc=。
6.在进行数字PI调节器设计时,为了减小系统退饱和超调量,位置式数字PI调节器必须同时设置_________限幅和__________限幅。
7.双闭环直流调速系统正向制动过程经历四个阶段,分别是____________阶段,____________阶段,____________阶段,____________阶段。
8.动态性能要求看,电流环以_________性能为主,要求超调小,因此当按照典型II型系统设计电流调节器时,为了减小电流超调量,需在_________之后加入_________,并按照控制对象时间常数的4倍设置_________。
9.在V-M开环调速系统中,突加负载后又系统进入稳定运行时,转速n__,电压Ud0;在转速单闭环无静差调速系统中,突减负载又进入稳定运行时,转速n,控制电压Uc________,电压Ud0。
(可用增加、减小、不变表示)
10.PWM可逆直流调速系统制动过程中向__________充电,产生_________电压,这是直流PWM变换器-电动机系统特有的能量回馈问题。
二、(10分)典型II型系统的开环传递函数为,在如图坐标系中
画出典型II型系统对数幅频特性渐近线(伯德图),并分析系统待定参数K和积分时间常数对系统稳定性、快速性影响。
一、大学~学年春季学期试卷
二、课程名:
运动控制
(一)课程号:
学分:
3
三、应试人声明:
四、我保证遵守《大学学生手册》中的《大学考场规则》,如有考试违纪、作弊行为,愿意接受《大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定》的纪律处分。
五、应试人应试人学号应试人所在院系
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
得分
一.填充题(30分,每个填充1分):
1.某一调速系统,在额定负载下,最高转速为=1500r/min,最低转速为=150r/min,带额定负载时的速度降落=15r/min,且在不同转速下额定速降不变,则系统调速范围_________,系统的静差率是________。
2.转速单闭环调速系统对____________________________的扰动有抑制作用,系统精度依赖于____________和_____________的精度。
3.转速闭环系统的扰动信号主要包括________扰动和____________扰动(可从电动机的励磁,负载,放大器的温漂,电网电压,电枢电阻点中选择),对于I型系统能实现无静差的关键是:
必须在扰动作用点______(前后)含有________环节,当然此扰动是指阶跃扰动。
4.转速、电流双闭环调速系统中,调节__________的限幅值可以调节系统最大电流;调节__________的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。
5.转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器ASR、电流调节器ACR均为PI调节器,电动机带额定负载稳定运行时转速调节器ASR的输出Ui*=__。
电
注:
教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等;学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第2页(共4页)
四、(15分)有静差的单闭环直流调速系统原理框图如图所示,
(1)请写出系统各环节名称,画出系统稳态结构框图。
(8)
(2)写出该系统转速降落表达式,分析说明闭环系统转速降落减小的原因。
(4分)
(3)系统启动和堵转时电机是否会过流,并分析原因。
(3分)
三、(13分)数字测速的常用方法有M法、T法和M/T法,设测速时间为Tc,电动机每转一圈共产生Z个脉冲(Z=倍频系数×编码器光栅数),高频时钟脉冲的频率为f0,旋转编码器脉冲的计数值为M1,高频时钟脉冲的计数值为M2,说明三种测速方法的原理,并据此写出三种方法的转速n(r/min)计算表达式,写出M法和T法的分辨率和误差率,并说明三种方法的适用范围。
(1)计算电流反馈系数β,转速反馈系数α;(4分)
(2)画出待设计转速环动态结构图;(6分)
(3)拟将转速环设计成典型II型系统,请设计转速调节器,并校核近似条件;(6分)
(4)请校核转速超调量。
(4分)
(计算时小数点后保留三位,若数值较小,应保留三位有效位)
附1:
典型二型系统抗扰性能指标与参数的关系:
h
3
4
5
6
7
8
72.2%
77.5%
81.2%
84.0%
86.3%
88.1%
附2:
转速、电流双闭环系统动态结构图:
五、(12分)在转速、电流双闭环直流调速系统中,突加转速给定时,起动过程可分为三个阶段,论述在不同的阶段内,转速和电流的变化规律及两个调节器的作用;并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。
六、(20分))有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为:
PN=5.5kw,UN=220V,IN=28A,nN=1460r/min,电枢回路电阻Ra=0.8Ω,允许电流过载倍数λ=1.6,电磁时间常数Tl=0.048s,机电时间常数Tm=0.185s,主电路采用三相桥式整流电路,触发整流环节的放大倍数Ks=35,整流电装置内阻Rrec=1.3Ω,平均失控时间常数Ts=0.0017s,
ASR和ACR均采用PI调节器,最大输入、输出电压均为8V,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。
电流调节器已按典型I型系统中KT=0.25设计好,电流环的静动态指标均已满足要求。
现要求转速稳态无静差,且电动机空载起动到额定转速时的超调量
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第1页(共4页)
成
绩
流调节器ACR的输出Uc=。
11.在进行数字PI调节器设计时,为了减小系统退饱和超调量,位置式数字PI调节器必须同时设置___输出____限幅和____积分____限幅。
12.双闭环直流调速系统正向制动过程经历四个阶段,分别是_正向电枢电流衰减__阶段,__反向电枢电流建立__阶段,_恒流制动__阶段,_转速调节__阶段
13.动态性能要求看,电流环以__跟随_______性能为主,要求超调小,因此当按照典型II型系统设计电流调节器时,为了减小电流超调量,需在_电流给定________之后加入_低通滤波____,并按照控制对象时间常数的4倍设置滤波时间常数。
14.在V-M开环调速系统中,突加负载后系统又进入稳定运行时,转速n下降__,电压Ud0不变;在转速单闭环无静差调速系统中,突减负载又进入稳定运行时,转速n不变,控制电压Uc_减小_,电压Ud0减小。
(可用增加、减小、不变表示)
15.PWM可逆直流调速系统制动过程中向__滤波电容_充电,产生_泵升__电压,这是直流PWM变换器-电动机系统特有的能量回馈问题。
二、(10分)典型II型系统的开环传递函数为,在如图坐标系中
画出典型II型系统对数幅频特性渐近线(伯德图),并分析系统待定参数K和积分时间常数对系统稳定性、快速性影响。
(1)T通常为系统的固有参数,比T大得越多,系统的稳定性越好。
(2分)
(2)在一定时,改变相当于使特性上下平移,从而改变了截止频率,越大系统截止频率越大,系统快速性越好,但稳定性变差。
(2分)
大学~学年春季学期试卷
课程名:
运动控制
(一)课程号:
学分:
3
应试人声明:
我保证遵守《大学学生手册》中的《大学考场规则》,如有考试违纪、作弊行为,愿意接受《大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定》的纪律处分。
应试人应试人学号应试人所在院系
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
得分
六、填充题(30分,每个填充1分):
1.某一调速系统,在额定负载下,最高转速为=1500r/min,最低转速为=150r/min,带额定负载时的速度降落=15r/min,且在不同转速下额定速降不变,则系统调速范围___11______,系统的静差率是__0.1______。
2.转速单闭环调速系统对_被负反馈包围的前向通道_____的扰动有抑制作用,系统精度依赖于__转速给定____和___转速反馈____的精度。
3.转速闭环系统的扰动信号主要包括___负载___扰动和____电网电压__扰动(可从电动机的励磁,负载,放大器的温漂,电网电压,电枢电阻点中选择),对于I型系统能实现无静差的关键是:
必须在扰动作用点__前__(前后)含有_积分环节,当然此扰动是指阶跃扰动。
4.转速、电流双闭环调速系统中,调节_转速调节器ASR__的限幅值可以调节系统最大电流;调节电流调节器ACR_的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。
5.转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器ASR、电流调节器ACR均为PI调节器,电动机带额定负载稳定运行时转速调节器ASR的输出Ui*=。
电
6分
注:
教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等;学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第2页(共4页)
四、(15)有静差的单闭环直流调速系统原理框图如图所示,
(1)请写出系统各环节名称,画出系统稳态结构框图。
(8)
(2)写出该系统转速降落表达式,分析说明闭环系统转速降落减小的原因。
(4分)
(3)系统启动和堵转时电机是否会过流,并分析原因。
(3分)
答:
(1)系统包括电动机,电子电子变换器(可调直流电源),比例调节器,测速反馈环节(3分)
系统稳态结构框图:
(5分)
(2)转速降落,其中K为系统开环放大倍数,(2分)
当负载增加时,转速下降,闭环系统因引入负反馈,转速反馈电压随着转速下降,比较环节输出增大,经过比例调节器和电力电子变换器作用,提高电源输出电压Ud0,使得开环机械特性上移,减小了转速降落。
(2分)
(3)系统启动和堵转时电机会过流(1分)。
因此时转速为0,转速偏差很大,比例调节器调节器输出控制电压很大,电源输出很大的电压加在系统回路电阻上,该电阻一般很小,从而导致启动和堵转时电机过流。
(2)
三、(13分)数字测速的常用方法有M法、T法和M/T法,设测速时间为Tc,电动机每转一圈共产生Z个脉冲(Z=倍频系数×编码器光栅数),高频时钟脉冲的频率为f0,旋转编码器脉冲的计数值为M1,高频时钟脉冲的计数值为M2,说明三种测速方法的原理,并据此写出三种方法的转速n(r/min)计算表达式,写出M法和T法的分辨率和误差率,并说明三种方法的适用范围。
答:
M法:
在一定的时间内,测取旋转编码器输出的脉冲个数来算出转速。
转速,分辨率:
,误差率:
,适用于高速(5分)
T法:
在编码器两个相邻脉冲的间隔时间内,测高频时钟脉冲个数来算出转速。
,分辨率:
,误差率:
,适用于低速(5分)
M/T法:
既检测,也检测,两个计数器同时开启或关闭计数。
可适用的速度范围广(3分)
(1)计算电流反馈系数β,转速反馈系数α;(4分)
(2)画出待设计转速环动态结构图;(6分)
(3)拟将转速环设计成典型II型系统,请设计转速调节器,并校核近似条件;(6分)
(4)请校核转速超调量。
(4分)
(计算时小数点后保留三位,若数值较小,应保留三位有效位)
附1:
典型二型系统抗扰性能指标与参数的关系:
h
3
4
5
6
7
8
72.2%
77.5%
81.2%
84.0%
86.3%
88.1%
附2:
转速、电流双闭环系统动态结构图:
答:
(1)V/A(2分)
(2分)
(2)电流调节器按典型I型系统设计,
,
(2)分
五、(12分)在转速、电流双闭环直流调速系统中,突加转速给定时,起动过程可分为三个阶段,论述在不同的阶段内,转速和电流的变化规律及两个调节器的作用;并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。
起动过程可分为三个阶段:
1.电流上升阶,此阶段电流很快上升到最大值,转速几乎没有变化,转速调节器由不饱和到饱和.电流调节器不饱和。
电流调节器起跟随作用,使电流很快上升。
(3分)
2.转速上升阶段:
电流维持最大值不变,转速按线形规律上升,一直上升到给定值。
转速调节器一直处于饱和状态。
为了克服反电势的扰动,电流略小于最大值。
电流调节器不饱和,起限制最大电流的作用。
(3分)
3.转速调整阶段:
转速超调,转速调节器退饱和,电流由最大值下降到负载值。
转速调节器为主调节器,电流调节器起跟随作用。
(3分)
(3分)
六、(20分)有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为:
PN=5.5kw,UN=220V,IN=28A,nN=1460r/min,电枢回路电阻Ra=0.8Ω,允许电流过载倍数λ=1.6,电磁时间常数Tl=0.048s,机电时间常数Tm=0.185s,主电路采用三相桥式整流电路,触发整流环节的放大倍数Ks=35,整流电装置内阻Rrec=1.3Ω,平均失控时间常数Ts=0.0017s,
ASR和ACR均采用PI调节器,最大输入、输出电压均为8V,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。
电流调节器已按典型I型系统中KT=0.25设计好,电流环的静动态指标均已满足要求。
现要求转速稳态无静差,且电动机空载起动到额定转速时的超调量
第3页(共4页)
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校验近似条件(2分)
转速环截止频率为
电流环传递函数简化条件:
转速环小时间常数近似处理条件:
(4)校核超调量
带额定负载启动时z=1,由附1查得,
得转速退饱和超调量
超调量略大约设计要求,为此可减小过载倍数。
(4分)
待设计的转速环动态结构框图:
(4分)
(3)转速调节器设计
按超调较小,抗扰较好原则,取h=4(h取其它值亦可,但超调更大,方法正确即得分),则ASR的
超前时间常数为
转速环开环增益:
(4分)
第1页(共4页)
6.异步电机的动态数学模型是一个多变量、高阶、________、的系统,其定、转子间的互感将随着转子_____________的变化而变化,可通过_____________简化动态数学模型,变化的原则是产生的__________________相等。
7.与直流调速系统类似,按照转速、转矩变化规律转差频率控制系统的起动过程可分为_____________、_____________与_____________三个阶段。
8.两电平逆变器共有八个基本输出矢量,包括六个___________和两个_________,在一个旋转周期内,每个有效工作矢量依次作用一次生成___________旋转磁场,在直流母线电压一定时,可通过插入__________保持变频调速时的磁链幅值最大值不变。
为了形成接近圆形旋转磁场逆变器需采用_________________(SPWM,CFPWM,SVPWM)控制。
9.计算转子磁链的模型有_______________模型和______________模型,其中______________模型易受转子电阻变化影响。
10.异步电动机由三相平衡电压供电,定子磁链旋转矢量,忽略定子电阻压降,则定子电压矢量_______________。
11.当负载增大时,转速开环变压变频调速系统进入稳态时转速降落___________,电磁转矩___________,因此只能用于调速性能要求不高场合。
(增大、减小、不变)
二、异步电动机采用调压调速,画出在和时的机械特性,并分析带恒转矩负载工作时系统的稳定工作范围。
(6分)
大学~学年学期试卷
课程名:
运动控制课程号:
学分:
应试人声明:
我保证遵守《大学学生手册》中的《大学考场规则》,如有考试违纪、作弊行为,愿意接受《大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定》的纪律处分。
应试人应试人学号应试人所在院系
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
得分
一、填充题(共35空,每空1分,共35分)
1.从能量转换的角度来看,调压调速属于转差功率________型,而目前广泛使用的变压变频调速属于转差功率________型。
2.异步电动机进行变压变频调速时,可通过____补偿控制保持转子磁通恒定,此时稳态机械特性是____,这正是高性能交流调速系统所要求的稳态性能。
3.异步电动机变频调速时需要_____和_______均可变的交流电源,常用的交流可调电源是由__________构成的静止式功率变换器,一般称为__________。
4.以频率与期望的输出电压波相同的__________波作为调制波,以频率比期望波高得多的___________波作为载波,由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻,从而获得高度_______________、宽度_______________的脉冲序列,这种调制方法称作SPWM。
5.在__________的范围内,转矩基本上与____________成正比,条件是______________________,这是转差频率控制的基本思想。
因此在转差频率控制转速闭环控制系统中转速调节器的输出为__________________。
成
绩
注:
教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等;学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第2页(共4页)
四.对两电平逆变器采用SVPWM控制,开关周期为T0,电压空间矢量的六个扇区如图所示,写出期望电压空间矢量位于第一扇区时合成电压空间矢量的表达式,并在图中作出空间矢量图,标出相应的参数,求出有效矢量和零矢量的作用时间。
(12分)
三.从气隙磁场和定子绕组感应电动势E出发(写出表达式),分析异步电机变频调速系统在基频以下和基频以上工作时,定子电压、电源频率、气隙磁场的变化规律,当频率较低时,定子电压应如何调整。
作出定子电压、气隙磁场随频率变化的特性曲线,画出不同频率下的机械特性(画4条,,其中为额定频率)。
(14分)
第3页(共4页)
六.论述矢量控制的基本思想,并画出等效的直流电动机模型。
(12分)
五.三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为,现有三相正弦对称电流:
,,,导出变换后两相静止坐标系中的电流和,比较三相电流与两相静止坐标系中电流的频率、幅值及相位。
(9分)
提示:
,
第4页(共4页)
定子磁链矢量位于前
定子磁链幅值
转矩
,
七.第I扇区的定子磁链与电压空间矢量图如图所示,定子磁链矢量位于前,转子旋转速度与同向,忽略定子电阻压降对磁链幅值
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